一种模锻制坯的方法

1.本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种模锻制坯的方法。


背景技术：

2.随着节能减排、制造业升级等背景下，对锻造行业提出新的要求，即告别早期傻大苯粗、原始粗放的生产模式。模锻技术属于一种用于制造重要零件，如轴类件的批量生产方法，具有效率高、尺寸精度高、产品质量好等优点，在锻造生产中应用越来越多。
3.由于模锻件的形状越来越复杂，为了提高材料利用率和防止出现锻造缺陷，制坯工艺在模锻中越来越重要，现阶段制坯方法有：自由锻、辊锻、楔横轧等，这些方法各有优缺点，由于模锻件的批量通常不大不小，用自由锻制坯柔性好，但明显效率太低，且缺乏熟练的操作工，而用辊锻和楔横轧，需要专门的设备和制坯模具，制坯模具的设计和制造相对复杂，对于批量不大的制坯，效率和成本也没有显著提升，为此急需一种简单易行的制坯方法。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种模锻制坯的方法，该方法简单易行，能提升材料利用率。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种模锻制坯的方法，包括如下过程：
7.获取零件沿轴向上各个横截面的面积，得到零件面积沿轴线的分布图；
8.按照零件面积沿轴向的分布图，并加上加工余量，设计出制坯件；
9.下料时，采用直径和制坯件的最大直径相等的棒料，再根据制坯件的体积，获得用于加工零件的坯料，坯料的中部为中间段圆柱、两端为圆台，两端的圆台分别记为第一圆台和第二圆台；
10.对下料后的坯料进行制坯，其中坯料的一端记为第一端，坯料的另一端记为第二端，坯料的第一端与第一圆台位置对应，坯料的第二端与第二圆台位置对应；
11.对下料后的坯料进行制坯时：
12.先对坯料第一端进行加热，加热段的长度按照制坯件第一圆台的体积确定，然后将坯料的第一端挤压成第一圆台，获得中间件；
13.再对坯料第二端进行加热，加热段的长度按照制坯件第二圆台的体积确定，然后将坯料的第二端挤压成第二圆台，模锻制坯完成。
14.优选的，所述加工余量包括飞边和机加工余量。
15.优选的，对坯料挤压出第一圆台和第二圆台时，对加热好的坯料和预热后的模具进行水基石墨喷淋处理后，放入模具进行挤压。
16.优选的，对坯料挤压出第一圆台和第二圆台时，若中间件自由的中间段圆柱出现镦粗时，减小单次变形量，多次缩颈挤压。
17.优选的，将坯料第一端挤压为第一圆台时，采用的挤压模具包括第一上模和第一下模，第一上模上开设有用于为坯料第二端进行定位的定位凹槽，第一下模上在与定位凹槽正对的位置同轴开设有一通孔，该通孔依次包括第一导入段、第一成形段和第一顶出段，第一导入段的直径大于坯料的直径；第一成形段为一圆台形，用于加工第一圆台，第一顶出段的直径小于第一成形段小端直径。
18.优选的，第一导入段的长度大于坯料第一端的加热段长度。
19.优选的，将坯料第二端挤压为第二圆台时，采用的挤压模具包括第二上模和第二下模，第二上模上开设有用于为第一圆台进行定位的第一定位段，第一定位段的形状为包括用于对第一圆台定位的圆台孔以及用于为中间段圆柱上端定位的圆孔段，该圆台孔与第一圆台的形状相适配，圆台孔的小端面开设有通气孔；
20.第二下模在与第一定位段正对的位置同轴开设有一通孔，该通孔依次包括第二导入段、第二成形段和第二顶出段，第二导入段的直径大于坯料的直径；第二成形段为一圆台形，用于加工第二圆台，第二顶出段的直径小于第二成形段小端直径。
21.优选的，第二导入段的长度大于坯料第二端的加热段长度。
22.本发明具有如下有益效果：
23.本发明采用现有的设备和简单的模具，就可实现台阶轴的制坯，相比自由锻制坯，具有效率高的优点，相比辊锻和楔横轧制坯，不需要专门的设备和复杂的模具，具有简单易行、效率高和材料利用率高等特点。
附图说明
24.图1为本发明实施例中加工的零件(偏心轴)的照片；
25.图2为本发明实施例中偏心轴横截面面积沿轴线的分布图；
26.图3为本发明实施例中制坯件图；
27.图4为本发明实施例中下料后得到的坯料图；
28.图5为本发明实施例中坯料第一端加热示意图；
29.图6为本发明实施例中第一上模的结构示意图；
30.图7为本发明实施例中第一下模的结构示意图；
31.图8为本发明实施例中用于加工第一端的制坯模具示意图；
32.图9为本发明实施例中第一端变形后获得的中间件示意图；
33.图10为本发明实施例中中间件的第二端加热示意图；
34.图11为本发明实施例中第二上模的结构示意图；
35.图12为本发明实施例中第二下模的结构示意图；
36.图13为本发明实施例中用于加工第二端的制坯模具示意图；
37.图14为本发明实施例中第二端变形后获得的制坯件示意图。
38.图中，1-制坯件，1-1-中间段圆柱，1-2-第一圆台，1-3-第二圆台，2-坯料，3-第一上模，3-1-定位凹槽，4-第一下模，4-1-第一导入段，4-2-第一成形段，4-3-第一顶出段；5-第一加热段，6-第二上模，6-1-第一定位段，6-2-通气孔，7-第二下模，7-1-第二导入段，7-2-第二成形段，7-3-第二顶出段，8-第二加热段。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
40.本发明模锻制坯的方法能够提升材料利用率，其具体包括按照锻件体积 飞边余量沿锻件轴向的分布，确定制坯件的尺寸，按照制坯件的体积，对棒料进行下料，然后对下料后的坯料进行制坯，采用中频感应加热方式先对坯料一端进行加热，加热段的长度按照制坯件一端变形的体积确定，对加热好的坯料和预热后的模具进行水基石墨喷淋处理后，将坯料放入一端制坯模具中挤压出一端形状，获得中间件，在挤压过程中，若中间件自由的中间段出现镦粗时，减小单次变形量，多次缩颈挤压，将需要进行制坯的坯料一端挤成后，然后将中间件另一端采用中频感应加热方式进行加热，加热段的长度按照制坯件一端变形的体积确定，对加热好的坯料和预热后的模具进行水基石墨喷淋处理后，在另一端制坯模具中挤出另一端形状，同样在挤压过程中，若中间件自由的中间段出现镦粗时，减小单次变形量，多次缩颈挤压，最后将加热好的制坯件送入锻模中进行模锻，获得终锻件。
41.参见图1-图14本发明模锻制坯的方法，包括如下过程：
42.获取零件沿轴向上各个横截面的面积，得到零件面积沿轴线的分布图，具体参照图1和图2；
43.按照零件面积沿轴向的分布图，并加上加工余量，设计出制坯件1，参见图3，其中加工余量应考虑飞边和机加工余量；
44.下料时，采用直径和制坯件的最大直径相等的棒料，再根据制坯件的体积，获得用于加工零件的坯料2，参见图4，坯料1的中部为中间段圆柱1-1、两端为圆台，两端的圆台分别记为第一圆台1-2和第二圆台1-3；中间段圆柱1-1的直径与坯料2的直径相同；
45.对下料后的坯料2进行制坯，其中坯料的一端记为第一端，坯料的另一端记为第二端，坯料的第一端与第一圆台位置对应，坯料的第二端与第二圆台位置对应；
46.对下料后的坯料进行制坯时：
47.先对坯料第一端进行加热，加热段的长度按照制坯件第一圆台的体积确定，然后将坯料的第一端挤压成第一圆台，获得中间件；
48.再对坯料第二端进行加热，加热段的长度按照制坯件第二圆台的体积确定，然后将坯料的第二端挤压成第二圆台，模锻制坯完成。
49.利用上述制成的坯料再进行锻造，得到最终的终锻件。
50.本发明的上述方案中，对坯料挤压出第一圆台和第二圆台时，对加热好的坯料和模具进行水基石墨喷淋处理后，放入模具进行挤压。对坯料挤压出第一圆台和第二圆台时，若中间件自由的中间段圆柱1-1出现镦粗时，减小单次变形量，多次缩颈挤压。
51.参见图6-图8，将坯料第一端挤压为第一圆台时，采用的挤压模具包括第一上模3和第一下模4，第一上模3上开设有用于为坯料1第二端进行定位的定位凹槽3-1，第一下模4上在与定位凹槽3-1正对的位置同轴开设有一通孔，该通孔依次包括第一导入段4-1、第一成形段4-2和第一顶出段4-3，第一导入段4-1的直径大于坯料1的直径，一般为间隙配合；第一成形段4-2为一圆台形，用于加工第一圆台1-2，将坯料向下挤压时，利用第一成形段4-2挤压出第一圆台1-2，第一顶出段4-3的直径小于第一成形段4-2小端直径，通过第一顶出段4-3可以将加工好第一圆台1-2的坯料向上顶出，实现脱模。第一导入段4-1的长度大于坯料第一端的加热段长度(即图8中所示第一加热段5)，防止加热段上端外露导致外露段被加热
后强度降低而不能正常进行挤压。
52.参见图11-图13，将坯料第二端挤压为第二圆台时，采用的挤压模具包括第二上模6和第二下模7，第二上模6上开设有用于为第一圆台1-2进行定位的第一定位段6-1，第一定位段6-1的形状为包括用于对第一圆台1-2定位的圆台孔以及用于为中间段圆柱1-1上端定位圆孔段，该圆台孔与第一圆台1-2的形状相适配，该圆台孔的小端面开设有通气孔6-2；第一圆台1-2应与第一定位段6-1的圆台孔顶紧，该圆台孔将第一圆台1-2紧紧包裹，防止第一圆台1-2在挤压过程中发生变形，第一定位段6-1上的圆柱段与中间段圆柱1-1之间为间隙配合，防止第一圆台1-2在挤压过程中发生失稳而变形。第二下模7在与第一定位段6-1正对的位置同轴开设有一通孔，该通孔依次包括第二导入段7-1、第二成形段7-2和第二顶出段7-3，第二导入段7-1的直径大于坯料1的直径；第二成形段7-2为一圆台形，用于加工第二圆台1-3，将坯料向下挤压时，利用第二成形段7-2挤压出第二圆台1-3，第二顶出段7-3的直径小于第二成形段7-2小端直径，通过第二顶出段7-3可以将加工好第二圆台1-3的坯料向上顶出，实现脱模。第二导入段7-1的长度大于坯料第二端的加热段长度(即图13中所示第二加热段8)，防止加热段上端外露导致外露段被加热后强度降低而不能正常进行挤压。
53.实施例
54.本实施例如图1所示，为本实施例要成形的偏心轴，该偏心轴中心有两个大的偏心块，需要较多的材料，而两端尺寸相对中部尺寸较小，需要的材料的较少。若采用棒料来成形，棒料的直径应按照该轴两个大的偏心块处的所需的材料确定，将造成两端材料大量浪费，还可能在成形中出现折叠等其它缺陷。
55.通过对该零件沿轴向进行切片，获得各个横截面的面积，得到如图2所示的零件面积沿轴线的分布图。
56.按照零件面积沿轴向的分布图，并加上飞边等余量，设计出如图3制坯件。下料时，采用直径和制坯件的最大直径处(即中间段圆柱1-1)相等的棒料，根据制坯件的体积，获得如图4所示的下料坯料图。
57.将下料好的坯料第一端通过中频感应加热，加热区域的长度按照制坯件一端的体积确定，将加热好的坯料和一端制坯模具经水基石墨喷涂后，快速将坯料放至第一端制坯模具(如图8)中成形，若成形过程中，中间件的中间圆柱段1-1出现镦粗时，减小单次变形量，多次缩颈挤压，成形后通过顶出杆将中间件顶出。
58.图8所示的模具中，定位凹槽3-1的直径比棒料直径大0.5-1mm、深度为5-10mm，间隙配合即可；第一下模中，第一导入段4-1直径比棒料直径大0.5-1mm，第一导入段4-1的深度比第一加热段5的长度大5-10mm，第一顶出段4-3的直径比第一成形段4-2小端直径小0.5-1mm。
59.将中间件第二端通过中频感应加热，第二端加热区域的长度按照制坯件第二圆台的体积确定，将加热好的中间件和用于加工第二端的制坯模具经水基石墨喷涂后，快速将中间件放至另一端制坯模具中成形，若成形过程中，中间件的中间段出现镦粗时，减小单次变形量，多次缩颈挤压，成形后通过顶出杆将中间件顶出。
60.如图13所示，第二端制坯模具中，第一定位段6-1的尺寸与制坯件第一端尺寸匹配，深度比制坯件一端长度大5-10mm，第二下模中，第二导入段直径比棒料直径大0.5-1mm，第二导入段的深度比加热段的长度大5-10mm，第二顶出段7-3的直径比第二成形段7-2小端
直径小0.5-1mm。